CN104293358A

CN104293358A - 一种含1,3-二噁烷化合物的液晶组合物及其应用

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Publication number: CN104293358A
Application number: CN201410461024.7A
Authority: CN
Inventors: 朴英洙; 陈卯先; 陈海光; 姜天孟; 田会强; 储士红; 贺树芳; 张琳; 苏学辉
Original assignee: Beijing Bayi Space LCD Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Bayi Space LCD Technology Co Ltd
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: CN104293358B

Abstract

本发明涉及液晶材料领域，特别涉及一种液晶组合物及其应用。本发明的液晶组合物，按重量份，包括以下组分：5～80份通式I所代表的化合物、10～80份通式II所代表的化合物，通式I所代表的化合物是含有一种1，3-二噁烷结构的化合物。本发明提供的液晶组合物具有低粘度、高电阻率、良好的低温互溶性以及快的响应速度，可用于多种显示模式的快响应液晶显示，其在TN、IPS或FFS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果。

Description

一种含1,3-二噁烷化合物的液晶组合物及其应用

技术领域

本发明涉及液晶材料领域，特别涉及一种含1，3-二噁烷化合物的液晶组合物及其应用。

背景技术

目前，液晶在信息显示领域得到了广泛应用，同时在光通讯中的应用也取得了一定的进展(S.T.Wu，D.K.Yang.Reflective Liquid Crystal Displays.Wiley，2001)。近几年，液晶化合物的应用领域已经显著拓宽到各类显示器件、电光器件、电子元件、传感器等，向列型液晶化合物已经在平板显示器中得到最为广泛的应用，特别是用于TFT有源矩阵的系统中。

液晶显示伴随液晶的发现经历了漫长的发展道路。1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动(Swarm)学说，并得到LS.Ormstein及F.Zemike等人的实验支持(1918年)，后经De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher在1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Bom(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场或磁场作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。

1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器(LCD)。七十年代初，Helfrich及Schadt发明了TN原理，人们利用TN光电效应和集成电路相结合，将其做成显示器件(TN-LCD)，为液晶的应用开拓了广阔的前景。七十年代以来，由于大规模集成电路和液晶材料的发展，液晶在显示方面的应用取得了突破性的发展，1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相(Super Twisred Nematic：STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩阵(Active matrix：AM)方式被重新采用。传统的TN-LCD技术已发展为STN-LCD及TFT-LCD技术，尽管STN的扫描线数可达768行以上，但是当温度升高时仍然存在着响应速度、视角以及灰度等问题，因此大面积、高信息量、彩色显示大多采用有源矩阵显示方式。TFT-LCD已经广泛用于直视型电视、大屏幕投影电视、计算机终端显示和某些军用仪表显示，相信TFT-LCD技术具有更为广阔的应用前景。

其中“有源矩阵”包括两种类型：1、在作为基片的硅晶片上的OMS(金属氧化物半导体)或其它二极管。2、在作为基片的玻璃板上的薄膜晶体管(TFT)。

单晶硅作为基片材料限制了显示尺寸，因为各部分显示器件甚至模块组装在其结合处出现许多问题。因而，第二种薄膜晶体管是具有前景的有源矩阵类型，所利用的光电效应通常是TN效应。TFT包括化合物半导体，如Cdse，或以多晶或无定形硅为基础的TFT。

目前，LCD产品技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难题，其显示性能已经接近或超过CRT显示器。大尺寸和中小尺寸LCD在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。但是受液晶材料本身的制约(粘度高)，致使响应时间成为影响高性能显示器的主要因素。

具体而言，液晶的响应时间受限于液晶的旋转粘度γ1，降低液晶组合物的旋转粘度对于减少液晶显示器的响应时间，加快液晶显示器的响应速度有着显著的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种含1，3-二噁烷化合物的液晶组合物及其应用。

为达到本发明的目的，具体采用如下的技术方案：一种液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括以下组分：(1)5～80份通式I所代表的化合物，(2)10～80份的通式II所代表的化合物；

其中，通式I所代表的化合物结构如下：

在通式I中，A各自独立地选自以下结构：

n各自独立的代表1～10的整数；L₀各自独立地代表H或F；Z各自独立地代表F或OCF₃；t各自独立地代表0或1；

通式II所代表的化合物结构如下：

在通式II中，R₁各自独立地代表C₂～C₁₂的直链烯基，R₂各自独立地代表C₁～C₁₂的直链烷基，m各自独立地代表0或1。

本发明提供的液晶组合物具有低的旋转粘度和大的弹性常数，表现为具有较短的响应时间，从而有效地解决液晶显示器响应速度慢的问题。

优选的，本发明的液晶组合，按重量份，包括以下组分：

(1)10～20份的通式I的化合物，

(2)35～70份的通式II的化合物；

或按重量份，包括以下组分：

(1)21～40份的通式I的化合物，

(2)15～60份的通式II的化合物。

本发明提供的通式I所代表的化合物为含1，3-二噁烷的化合物，此类化合物具有大的介电各向异性，有效地增加液晶组合物的介电各向异性。

具体的，通式I所代表的化合物选自式IA～式IH所代表的化合物中的一种或几种：

其中，n各自独立地代表1～7的整数，优选2～5的整数；Z各自独立地代表F或OCF₃；

优选的，通式I所代表的化合物选自式IA-1～式IH-8的化合物：

更优选的，通式I所选自以下化合物的一种或几种：IE-2、ID-3、IE-3、IA-2、ID-2、IA-3、IG-3、IH-7或IG-7。

本发明提供的通式II所代表的化合物为二环或三环中性单体，具体的，通式II所代表的化合物选自式IIA～式IIB的化合物中的一种或几种：

其中，R₁各自独立地代表C₂～C₇的直链烯基，优选C₂～C₅的直链烯基；R₂各自独立地代表C₁～C₇的直链烷基，优选C₁～C₅的直链烷基；

优选的，通式II所代表的化合物选自式IIA-1～式IIB-6的化合物中的一种或几种：

更优选的，通式II所选自以下化合物的一种或几种：IIA-1、IIA-2、IIB-1、IIB-4或IIA-9。

为达到液晶组合物所需要的清亮点及光学各向异性，本发明提供的液晶组合物还包括以下组分：

(3)0～20份通式III所代表的化合物，

(4)0～20份通式IV所代表的化合物，

(5)0～30份通式V所代表的化合物，

(6)5～20份通式VI所代表的化合物，

(7)0～25份通式VII所代表的化合物，

(8)0～20份通式VIII所代表的化合物；

所述通式III～通式VIII所代表的化合物的结构如下：

其中，R₃、R₅各自独立地代表C₁～C₁₀的直链烷基或C₂～C₁₀的直链烷基；R₄、R₈～R₁₁各自独立地代表C₁～C₁₀的直链烷基；R₆、R₇各自独立地代表C₁～C₁₀的直链烷基，其中一个或多个H可以被F取代，或C₂～C₁₀的直链烯基；s、p各自独立地代表0或1；L₁～L₅各自独立地代表H或F，环B、环C各自独立地代表反式1，4-亚环已基或1，4-亚苯基；X各自独立地代表F、OCF₃或C₁～C₅的烷基；Y各自独立地代表F或OCF₃；环D各自独立地选自以下结构：

环E各自独立地选自以下结构：

环F各自独立地选自以下结构：

具体而言，通式III所代表的化合物选自下式：

其中，R₃各自独立地代表C₂～C₅的直链烷基或直链烯基；R₄各自独立地代表C₁～C₅的直链烷基；

通式IV所代表的化合物选自下式：

其中，R₅各自独立地代表C₂～C₅的直链烷基或直链烯基，式IVG中，R₅不能取烯基；Rx各自独立地代表C₁～C₅的直链烷基；

通式V所代表的化合物优选自下式：

其中，R₆、R₇各自独立地代表C₂～C₅的直链烷基；q各自独立地代表2～5的整数；

通式VI所代表的化合物选自下式：

其中，R₈各自独立地代表C₂～C₅的直链烷基；

通式VII所代表的化合物选自下式：

其中，R₉、R₁₀各自独立地代表C₂～C₅的直链烷基；

通式VIII所代表的化合物选自下式：

其中，R₁₁各自独立地代表C₂～C₇的直链烷基，优选C₂～C₅的直链烷基。

为达到低的旋转粘度，快的响应时间，本发明提供的液晶组合物包括以下组分：5-39份的通式I的化合物，45-70份的通式II的化合物，16-46份的通式V、通式VI、通式VIII化合物中的一种、两种或三种。

或者，为达到快的响应时间，本发明提供的液晶组合物包括以下组分：11-24份的通式I的化合物，39-69份的通式II的化合物，4-12份的通式III的化合物，8-16份通式IV、通式V或通式VII化合物中的一种。

或者，为达到低的驱动电压和快的响应时间，本发明提供的液晶组合物还包括以下组分：23-39份的通式I的化合物，17-56份的通式II的化合物，6-9份的通式IV的化合物，7-16份的通式VI的化合物，8-19份的通式VIII化合物。

本发明所提供的液晶组合物中通式I所代表的化合物是含有一种1，3-二噁烷结构的化合物，其具有强的介电各向异性和良好的互溶性，通式II所代表的化合物为二环或三环中性单体，本发明通过对通式I和通式II的化合物进行复配得到了全新的液晶组合物，该液晶组合物具有低粘度、高电阻率、良好的低温互溶性以及快的响应速度，可用于多种显示模式的快响应液晶显示，其在TN、IPS或FFS模式显示器中的使用能明显改善液晶显示器显示效果。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

除非另有说明，本发明中百分比为重量百分比；温度单位为摄氏度；Δn代表光学各向异性(25℃)；Δε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；V₁₀代表阈值电压，是在相对透过率改变10％时的特征电压(V，25℃)；γ1代表旋转粘度(mPa.s，25℃)；Cp代表液晶组合物的清亮点(℃)。

以下各实施例中，液晶化合物中基团结构用表1所示代码表示。

表1：液晶化合物的基团结构代码

以如下化合物结构为例：

表示为：F4CDUQUF

表示为：5CCPUF

以下各实施例中，液晶组合物的制备均采用热溶解方法，包括以下步骤：用天平按重量百分比称量液晶化合物，其中称量加入顺序无特定要求，通常以液晶化合物熔点由高到低的顺序依次称量混合，在60～100℃下加热搅拌使得各组分熔解均匀，再经过滤、旋蒸，最后封装即得目标样品。

以下各实施例中，液晶组合物中各组分的重量百分比及液晶组合物的性能参数见下述表格。

实施例1

表2：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例2

表3：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例3

表4：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例4

表5：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例5

表6：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例6

表7：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例7

表8：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例8

表9：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例9

表10：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例10

表11：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例11

表12：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

实施例12

表13：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

对比例1

表14：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

将实施例1与对比例1所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表15。

表15：液晶组合物的性能参数比较

	Δn	Δε	Cp	γ1
					实施例1	0.098	+2.3	75	50
对比例1	0.098	+2.3	75	55

经比较可知：与对比例1相比，实施例1提供的液晶组合物的旋转粘度低，因此拥有更短的响应时间和更快的响应速度。

对比例2

表16：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

将实施例6与对比例2所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表17。

表17：液晶组合物的性能参数比较

	Δn	Δε	Cp	γ1
					实施例6	0.112	+8.0	75	60
对比例2	0.112	+7.5	75	70

经比较可知：与对比例2相比，实施例6提供的液晶组合物的介电各向异性大、旋转粘度低，因此拥有更短的响应时间和更快的响应速度。

对比例3

表18：液晶组合物中各组分的重量百分比及性能参数

将实施例8与对比例3所得液晶组合物的各性能参数值进行汇总比较，参见表19。

表19：液晶组合物的性能参数比较

	Δn	Δε	Cp	γ1
					实施例8	0.099	+6.5	86	90
对比例3	0.100	+6.3	85	100

经比较可知：与对比例3相比，实施例8提供的液晶组合物的旋转粘度低，因此拥有更短的响应时间和更快的响应速度。

由以上实施例可知，本发明所提供的液晶组合物同时含有1，3-二噁烷类化合物以及非极性双环化合物，具有低粘度、高电阻率、适合的光学各向异性以及优异的光稳定性和热稳定性，可解减少液晶显示器的响应时间，从而解决液晶显示器响应速度慢的问题。此外，该液晶组合物可有效地改善IPS和FFS液晶显示器的对比度特性。因此，本发明所提供的液晶组合物适用于快响应的TN、IPS及FFS型TFT液晶显示装置，尤其适用于IPS及FFS液晶显示装置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种含3-二噁烷化合物的液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括以下组分：(1)5～80份通式I所代表的化合物，

(2)10～80份的通式II所代表的化合物；

其中，通式I所代表的化合物结构如下：

在通式I中，A各自独立地选自以下结构：

通式II所代表的化合物结构如下：

在通式II中，R₁各自独立地代表C₂～C₁₂的直链烯基；R₂各自独立地代表C₁～C₁₂的直链烷基；m各自独立地代表0或1。

2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，按重量份，包括以下组分：

(1)10～20份的通式I的化合物，

(2)35～70份的通式II的化合物；

或按重量份，包括以下组分：

(1)21～40份的通式I的化合物，

(2)15～60份的通式II的化合物。

3.根据权利要求1或2所述的液晶化合物，其特征在于，通式I所代表的化合物选自式IA～式IH所代表的化合物中的一种或几种：

优选的，通式I所代表的化合物选自式IA-1～式IH-8的化合物中的一种或几种：

更优选的，通式I所选自以下化合物中的一种或几种：IE-2、ID-3、IE-3、IA-2、ID-2、IA-3、IG-3、IH-7或IG-7。

4.根据权利要求1或2所述的液晶化合物，其特征在于，通式II所代表的化合物选自式IIA～式IIB的化合物中的一种或几种：

更优选的，通式II所选自以下化合物中的一种或几种：IIA-1、IIA-2、IIB-1、IIB-4或IIA-9。

5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包括以下组分：

(3)0～20份通式III所代表的化合物，

(4)0～20份通式IV所代表的化合物，

(5)0～30份通式V所代表的化合物，

(6)5～20份通式VI所代表的化合物，

(7)0～25份通式VII所代表的化合物，

(8)0～20份通式VIII所代表的化合物；

所述通式III～通式VIII所代表的化合物的结构如下：

环E各自独立地选自以下结构：

环F各自独立地选自以下结构：

。

6.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于：

通式III所代表的化合物选自下式：

通式IV所代表的化合物选自下式：

其中，R₅各自独立地代表C₂～C₅的直链烷基或直链烯基，式IVG中，R₅ 不能取烯基；Rx各自独立地代表C₁～C₅的直链烷基；

通式V所代表的化合物选自下式：

通式VI所代表的化合物选自下式：

其中，R₈各自独立地代表C₂～C₅的直链烷基；

通式VII所代表的化合物选自下式：

其中，R₉、R₁₀各自独立地代表C₂～C₅的直链烷基；

通式VIII所代表的化合物选自下式：

7.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包括以下组分：5-39份的通式I的化合物，45-70份的通式II的化合物，16-46份的通式V、通式VI、通式VIII化合物中的一种、两种或三种。

8.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包括以下组分：11-24份的通式I的化合物，39-69份的通式II的化合物，4-12份的通式III的化合物，8-16份通式IV、通式V或通式VII化合物中的一种。

9.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包括以下组分：23-39份的通式I的化合物，17-56份的通式II的化合物，6-9份的通式IV的化合物，7-16份的通式VI的化合物，8-19份的通式VIII化合物。

10.权利要求1-9任一项所述的液晶组合物在TN、IPS或FFS模式显示器中的应用。